Žmonijos mokslo ir technologijų istorijoje lazerinės technologijos gimimą galima pavadinti šviesos ir materijos sąveikos revoliucija. Nuo Einšteino, pasiūliusio stimuliuojamos spinduliuotės teoriją 1917 m., iki Maimano, sukūrusio pirmąjį rubino lazerį 1960 m., ši technologija vos per pusę amžiaus įsiskverbė į įvairias sritis, tokias kaip pramonė, medicininė priežiūra, ryšiai ir kariuomenė, tapdama pagrindine šiuolaikinės visuomenės vystymosi varomąja jėga. Kaip ikoninė technologija optoelektronikos srityje, lazeriai ne tik iš naujo apibrėžia „šviesos“ taikymo ribas, bet ir parodo neribotą potencialą pažangiausiose{4}} srityse, tokiose kaip pažangi gamyba, gyvosios gamtos mokslai ir kosmoso tyrinėjimai.
01 DALIS
Lazerio prigimtis
Lazerio esmė – stimuliuojamos spinduliuotės šviesos stiprinimas (LASER). Remiantis Einšteino kvantine teorija, dėl aktyvuotų terpių (pvz., dujų, kristalų), siurblio šaltinio (energijos įpurškimo) ir optinio rezonanso ertmės sinergetinio poveikio dalelių skaičius apverčiamas ir sustiprinamas. Fiksuoti fotonai sudaro labai nuoseklų (fazės, dažnio ir krypties nuoseklumą), ypač monochromatinį (siauras spektras), puikų kryptingumą (mažas nukrypimo kampas) ir ypač ryškų spindulį, suteikiantį pagrindinio šviesos šaltinio palaikymą šiuolaikinėms technologijoms, tokioms kaip komunikacijos, gamyba, medicina ir kitose srityse. Lazerio prigimtis daro jį vieninteliu šviesos šaltiniu, kuris vienu metu gali atitikti didelio tikslumo, didelės energijos ir didelio valdymo reikalavimus. Tai suteikia fizinį pagrindą optinio pluošto ryšiui (optinis nešiklis), tiksliajai gamybai (lengvas peilis), medicininei chirurgijai (ne{4}}invazinis gydymas), kvantinei technologijai (vienas fotono šaltinis) ir gravitacinių bangų aptikimui (interferometras) ir kt., visiškai pakeičiant šiuolaikines technologijas ir pramonės struktūrą.
02 DALIS
Lazerio taikymas komunikacijos srityje
Pagrindinis lazerinės technologijos pranašumas yra jos „keturios aukštos“ charakteristikos: didelis kryptingumas (spindulio divergencijos kampas yra tik miliradianai), didelis monochromatiškumas (bangos ilgio grynumas siekia 10^-6 nanometrus), didelis ryškumas (dešimtis milijardų kartų didesnis už saulės šviesos ryškumą) ir didelis koherentiškumas (tobula erdvinio ir laiko darnos vienybė). Šios charakteristikos lėmė trijų pagrindinių technikos šakų atsiradimą optoelektronikos srityje.
Pirmoji – informacinė optoelektronika, duomenų srauto „šviesos greičio kanalas“, antroji – bio-optoelektronika: gyvosios gamtos mokslų „šviesos antena“, trečioji – energetinė optoelektronika: tikslaus valdymo „šviesos ašmenys“. Toliau daugiausia pristatome šį tiksliai{2}}pagamintą „lengvą peilį“.
Lazeris, kaip energijos nešiklis, gali apdoroti mikronų{0}}lygio tikslumą. Pramoninėje gamyboje jis griauna tradicinį mechaninio apdorojimo modelį su tokiais pranašumais kaip bekontaktis apdorojimas ir maža šilumos{3}}veikiama zona. Ir jis labiau pritaikomas prie aukštesnių naujų medžiagų, skirtų tiksliajai gamybai, reikalavimams.
03 DALIS
Lazerinio apdorojimo privalumai
Lazerinis „šviesos peilis“ performuoja šiuolaikinės pramonės gamybos paradigmą, turinčią didelio tikslumo, didelio efektyvumo ir didelio pritaikomumo privalumus:
Apdorojant itin -kietas medžiagas, lazeris tiesiogiai išlydo arba išgarina medžiagą, sufokusuodamas didelio-energijos-tankio spindulį (taško skersmuo gali būti net 10 μm), taip pasiekiamas bekontaktinis apdorojimas ir išvengiama įtrūkimų ar deformacijų, atsirandančių dėl mechaninio įtempimo. Apdorojant naujas medžiagas, kai susiduria su trapiomis medžiagomis, tradicinis mechaninis apdorojimas gali lengvai sukelti mikro įtrūkimus. Pjovimas lazeriu gali valdyti lazerio galios tankį, valdydamas lazerio galios tankį (104-10 laipsnių W/cm²) ir skenavimo greitį (20–80 mm/s), todėl pasiekiamas pjovimas be drožlių su ±2 μm diafragmos tikslumu.
Puslaidininkinių medžiagų (pvz., silicio plokštelių) apdirbimui lazeriu naudojamas femtosekundinis lazeris, kad būtų suformuotas modifikuotas sluoksnis plokštelės viduje, o surišimo cheminis ėsdinimas leidžia pjauti be lustų, kai plyšių nuostoliai yra tik 5 μm, o tai palaiko integrinių grandynų miniatiūrizavimą.
